Principes de l’imagerie de perfusion myocardique (SPECT, PET), flux sanguin coronaire et réserve de flux (CFR)

Principes de l’imagerie de perfusion myocardique

L’imagerie de perfusion myocardique (IPM) est une technique d’imagerie fonctionnelle non invasive fondamentale en cardiologie, permettant de détecter, de localiser et de quantifier la maladie coronarienne (CAD). Elle offre un aperçu visuel et numérique du flux sanguin myocardique régional au repos et lors d’une stimulation (effort ou stress pharmacologique). L’IPM utilise des radiotraceurs administrés par voie intraveineuse en combinaison avec la tomographie par émission monophotonique (SPECT) ou la tomographie par émission de positons (PET) pour évaluer la perfusion tissulaire.

Ces modalités d’imagerie sont reconnues pour leur haute sensibilité et spécificité diagnostiques. Au-delà du simple diagnostic de l’ischémie, elles jouent un rôle crucial dans la stratification du risque cardiovasculaire, l’évaluation de la fonction ventriculaire gauche (via le mode synchronisé ou « gated ») et la détermination de la viabilité du tissu myocardique dans les zones akinétiques. Cette distinction entre tissu cicatriciel et myocarde hibernant est déterminante pour orienter les décisions de revascularisation (angioplastie ou pontage) lorsque les bénéfices cliniques potentiels sont incertains.

Les radiotraceurs et mécanismes de captation

La qualité et la précision de l’imagerie dépendent des propriétés biocinétiques des radiotraceurs utilisés. Ceux-ci se comportent comme des analogues du flux sanguin :

• Traceurs SPECT (Technétium-99m et Thallium-201) : Le Thallium-201 agit comme un analogue du potassium, pénétrant la cellule via la pompe Na+/K+ ATPase, ce qui permet d’évaluer l’intégrité membranaire et la viabilité (phénomène de redistribution). Les traceurs technétiés (Sestamibi, Tétrofosmine), plus couramment utilisés aujourd’hui, pénètrent par diffusion passive et se fixent sur les mitochondries, reflétant ainsi la perfusion proportionnelle au débit sanguin sans redistribution significative.
• Traceurs PET (Rubidium-82, Ammoniaque N-13) : Ces traceurs possèdent une demi-vie très courte et une énergie plus élevée, offrant une meilleure résolution spatiale et une correction d’atténuation supérieure. Ils permettent surtout une quantification absolue du débit sanguin myocardique (en ml/min/g), surpassant l’analyse relative de la SPECT, particulièrement chez les patients obèses ou porteurs d’une maladie coronarienne trivasculaire équilibrée.

L’imagerie de perfusion myocardique repose sur le principe physiopathologique selon lequel le flux sanguin myocardique présente des différences marquées entre les conditions de repos et de stress en présence d’une sténose coronaire hémodynamiquement significative. Le stress peut être induit pharmacologiquement par des agents vasodilatateurs coronariens ou simulé hémodynamiquement par l’exercice ou l’utilisation d’agents chronotropes et inotropes. Les radiotraceurs sont injectés au pic du stress, et leur distribution dans le myocarde est proportionnelle au débit sanguin régional à cet instant précis.

Interprétation des défects de perfusion

L’analyse comparative des images de stress et de repos permet de distinguer trois situations physiopathologiques :

• Perfusion normale : Captation homogène du traceur au repos et au stress.
• Ischémie (Défaut réversible) : Hypoperfusion relative (défaut de captation) sur les images de stress, qui se normalise (« remplissage ») sur les images de repos. Cela traduit une réserve coronaire épuisée dans le territoire d’une artère sténosée.
• Nécrose / Infarctus (Défaut fixe) : Absence de captation identique au stress et au repos, signifiant une perte de tissu viable (cicatrice myocardique).

Le myocarde au repos révèle rarement des signes de sténose significative des artères coronaires, à moins que la sténose ne soit sévèrement critique (>90-95%), ce qui pourrait provoquer une ischémie spontanée. Les patients souffrant d’angor instable ou de douleurs thoraciques au repos ne sont d’ailleurs pas des candidats appropriés pour l’imagerie de stress immédiate en raison du risque de complication aiguë. La détection des régions ischémiques nécessite donc une provocation contrôlée (« épreuve de stress ») à l’aide d’agents pharmacologiques ou d’exercices physiques pour démasquer le déficit de réserve coronaire.

Les agents pharmacologiques comprennent le dipyridamole, l’adénosine, le régadénoson et la dobutamine. Le choix de l’agent dépend des comorbidités du patient :

• Vasodilatateurs (Adénosine, Dipyridamole, Régadénoson) : Ils agissent principalement en augmentant le flux dans les vaisseaux sains par dilatation artériolaire, créant un phénomène de « vol coronarien » relatif vis-à-vis des zones sténosées où les vaisseaux sont déjà vasodilatés au maximum. Le régadénoson, agoniste sélectif des récepteurs A2A, est souvent préféré pour son profil de tolérance (moins de bronchospasme).
• Agents inotropes/chronotropes (Dobutamine) : La dobutamine augmente la demande en oxygène du myocarde (MVO2) en augmentant la fréquence cardiaque et la contractilité, mimant ainsi l’effort physique. Elle est indiquée chez les patients contre-indiqués aux vasodilatateurs (asthme sévère, blocs auriculo-ventriculaires de haut degré).

L’exercice sur tapis roulant ou bicyclette ergométrique reste la méthode préférée pour induire un stress myocardique chez les patients capables de produire un effort suffisant (atteinte de 85% de la fréquence cardiaque maximale théorique). En plus de l’imagerie, l’exercice fournit des informations diagnostiques et pronostiques inestimables : reproduction des symptômes, chronotropisme, réponse tensionnelle, modifications dynamiques du segment ST et détection d’arythmies. La capacité fonctionnelle (exprimée en METs) est un facteur prédictif majeur et indépendant de la mortalité cardiovasculaire et globale, offrant des données pronostiques supplémentaires au-delà de l’imagerie de perfusion seule.

Débit sanguin coronaire et réserve de débit coronaire (RDC)

Le débit sanguin coronaire représente le volume de sang circulant dans les artères coronaires par unité de temps pour nourrir le muscle cardiaque. La réserve de débit coronaire (RDC), ou Coronary Flow Reserve (CFR), est un concept physiologique central en imagerie fonctionnelle. Elle quantifie la capacité du lit vasculaire coronaire à augmenter le débit sanguin en réponse à une augmentation maximale de la demande métabolique ou à une vasodilatation pharmacologique. Elle est définie mathématiquement comme le rapport entre le débit sanguin coronaire maximal à l’effort (hyperémie) et le débit au repos (Goodwill et al.).

L’autorégulation coronaire désigne la capacité intrinsèque des artères coronaires à maintenir un débit sanguin myocardique relativement constant et adapté aux besoins, malgré les variations de la pression de perfusion coronaire (généralement comprises entre 50 et 120 mmHg). Ce processus complexe est médié par :

• Mécanismes métaboliques locaux : L’accumulation de métabolites (adénosine, lactate, CO2) induit une vasodilatation pour adapter l’offre à la demande en oxygène.
• Réponses myogéniques : Le muscle lisse vasculaire se contracte en réaction à l’étirement (augmentation de pression) ou se dilate en cas de baisse de pression.
• Contrôle neuro-hormonal : Le système nerveux autonome module le tonus vasculaire. La stimulation sympathique entraîne une vasoconstriction via les récepteurs alpha-adrénergiques (bien que l’effet métabolique prédomine à l’effort), tandis que l’activation parasympathique et endothéliale (via l’oxyde nitrique – NO) favorise la vasodilatation.

Ces mécanismes modulent collectivement la résistance vasculaire coronaire, principalement au niveau des artérioles pré-capillaires, pour garantir que l’apport d’oxygène au myocarde corresponde instantanément à la demande (Duncker et al.). En présence d’une sténose épicardique, les artérioles distales se dilatent au repos pour compenser la perte de charge (épuisement de la réserve vasodilatatrice), rendant le système vulnérable lors d’un effort supplémentaire.

Valeurs de référence pour le débit sanguin coronaire

• Débit sanguin coronaire normal au repos : 0,6 à 1,3 ml/min/g de tissu myocardique.
• Pendant l’hyperémie (stress maximal) : Environ 3,58 ± 1,14 ml/min/g.
• Débit hyperémique total pour l’ensemble du cœur : Environ 670 ml/min, pouvant atteindre 1 L/min chez l’athlète.

Valeurs de référence pour la réserve de flux coronaire (RFC)

• CFR normale : >2,0 à >2,5 (varie selon les modalités, le PET étant la référence non-invasive).
• Les individus jeunes et en bonne santé peuvent avoir une RFC très élevée, de l’ordre de 4,0 à 6,0.
• La RFC tend à diminuer physiologiquement avec l’âge, mais une valeur inférieure à 2,0 est rarement normale, même chez le sujet âgé.

La limite inférieure de référence pour la réserve de flux coronaire (RFC) est généralement définie entre 2,0 et 2,5. Les valeurs inférieures à cette fourchette témoignent d’une pathologie, qu’elle soit macrovasculaire (sténose épicardique) ou microvasculaire, et sont associées à des risques cardiovasculaires élevés. Une revue systématique réalisée par Kelshiker et al. a rapporté les éléments suivants en ce qui concerne une faible RFC :

• Risque de mortalité accru : Un RCF inférieur à 2,0 est fortement associé à une mortalité toutes causes confondues plus élevée (HR : 3,78, 95 % CI : 2,39-5,97), indépendamment de la présence d’une coronaropathie obstructive visible à l’angiographie.
• Risque élevé d’événements cardiovasculaires majeurs (MACE) : Les valeurs de CFR inférieures à 2,0-2,5 sont corrélées à un risque accru de MACE (infarctus, AVC, insuffisance cardiaque) (HR : 3,42, 95 % CI : 2,92-3,99).
• Dysfonctionnement microvasculaire coronarien (CMD) : Chez les patients (souvent des femmes ou des diabétiques) présentant des douleurs thoraciques mais des artères coronaires angiographiquement normales, une CFR anormale signe un dysfonctionnement microvasculaire. Cette condition est liée à un taux de mortalité (HR : 5,44, 95 % CI : 3,78-7,83) et de MACE nettement plus élevé.
• Diminution de la réserve vasodilatatrice : Une CFR réduite indique une incapacité des artérioles de résistance à se dilater, soit par atteinte structurelle (hypertrophie, fibrose), soit par atteinte fonctionnelle.
• Ischémie myocardique potentielle : Des valeurs de RCF comprises entre 1,7 et 2,1 sont la zone grise souvent associée à une ischémie myocardique inductible symptomatique.
• Dysfonctionnement endothélial : Une CFR basse peut être le marqueur précoce d’une athérosclérose diffuse et d’une altération de la fonction endothéliale, précédant l’apparition de plaques sténosantes.

Bases physiologiques expérimentales : L’étude de Gould

Les principes fondateurs reliant la sévérité anatomique d’une sténose à ses conséquences hémodynamiques ont été établis par les travaux pionniers de Gould et al. dans les années 1970. Ils ont étudié les effets d’une constriction progressive de l’artère coronaire sur le débit sanguin coronaire au repos et maximal chez le modèle animal (chien). En utilisant un débitmètre électromagnétique et un occluder mécanique contrôlé par un micromètre sur l’artère coronaire circonflexe gauche, ils ont progressivement rétréci l’artère et mesuré le débit coronaire au repos et la réponse à des stimuli hyperémiques.

Cette réponse hyperémique a été obtenue par diverses méthodes visant à imiter l’effort maximal ou à induire une vasodilatation pharmacologique. Les résultats de cette étude restent, à ce jour, la pierre angulaire de la physiologie coronarienne clinique et justifient l’approche de l’imagerie de stress. Gould a démontré la relation non linéaire entre le diamètre luminal et le débit : le flux au repos reste normal grâce à l’autorégulation jusqu’à une sténose critique, alors que la « réserve » s’épuise bien plus tôt.

Les constatations clés de Gould et al. sont les suivantes :

• Préservation du débit de repos : Le débit sanguin coronarien au repos n’est pas affecté de manière significative tant que l’artère n’est pas rétrécie d’au moins 85 % à 90 % (sténose critique).
  • Interprétation clinique : C’est pourquoi l’ECG de repos et la perfusion de repos sont souvent normaux chez les patients angineux. Les symptômes de repos (angor instable) n’apparaissent que très tardivement dans l’histoire naturelle de la plaque d’athérome.
• Altération précoce de la réserve coronaire : Il existe une corrélation significative entre le degré d’obstruction et la chute de la réponse hyperémique. Une obstruction de seulement 45 % à 50 % commence à émousser la réponse maximale (réduction de la réserve). En présence d’une sténose de 90 %, la réponse hyperémique est totalement abolie : le débit ne peut plus augmenter.
  • Interprétation clinique : Une sténose modérée peut être silencieuse au repos mais limiter l’effort. C’est cette « chute de réserve » que l’imagerie de stress cherche à visualiser sous forme de contraste entre le tissu sain (où le débit augmente x3 ou x4) et le tissu ischémique (où le débit plafonne).
• Hétérogénéité régionale sous stress : La distribution du flux myocardique régional était normale au repos, même avec une constriction de 80 %. Cependant, après un stimulus hyperémique, on a observé une augmentation marquée de la perfusion dans les territoires sains (artère descendante antérieure normale), créant une disparité flagrante avec le territoire de la circonflexe sténosée.
  • Interprétation clinique : L’imagerie de perfusion ne mesure pas toujours une baisse absolue de débit, mais souvent une hétérogénéité relative de captation du traceur. Le myocarde sain devient beaucoup plus brillant que le myocarde malade sous stress.

Ces observations constituent la base physiologique absolue de l’imagerie de stress diagnostique. Au repos, l’autorégulation coronarienne (dilatation artériolaire distale) compense la résistance de la sténose épicardique, maintenant un débit sanguin adéquat et empêchant la détection de l’ischémie. Cependant, en cas de stress, cette capacité de compensation est dépassée (« réserve épuisée »), ce qui permet de révéler les zones de perfusion altérée par contraste avec les zones saines.